專(zhuān)利名稱(chēng)：一氧化碳去除方法、去除裝置及其制造方法、氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及CO(一氧化碳)去除方法和CO去除裝置，更具體地說(shuō)，涉及一種CO去除方法和尺寸減小的CO去除裝置、該CO去除裝置的制造方法、使用該方法的氫氣產(chǎn)生裝置和使用該方法的燃料電池系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了在存在重整催化劑的情況下將輕質(zhì)烴比如天然氣和石腦油或醇類(lèi)比如甲醇重整以產(chǎn)生包含氫氣的氣體的重整器和具有將重整的氣體供給到其中的燃料電極(陽(yáng)極)和將空氣供給到其中的氧化劑電極(陰極)的燃料電池的燃料電池系統(tǒng)。人們對(duì)這種燃料電池系統(tǒng)寄予很高的期望，因?yàn)樗梢员仁褂靡后w燃料比如甲醇的直接型甲醇燃料電池提供更高的輸出電壓，因此提供更高的發(fā)電效率。
除了氫氣之外，通過(guò)重整醇類(lèi)或二甲醚獲得的氣體(重整氣體)包含大約1％的量的二氧化碳或一氧化碳作為副產(chǎn)物。一氧化碳使燃料電池組的陽(yáng)極催化劑質(zhì)量下降，由此造成發(fā)電性能質(zhì)量降低。因此，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了這樣的燃料電池系統(tǒng)，該燃料電池系統(tǒng)使用CO變換部分來(lái)使得在從重整部分供應(yīng)到燃料電池的含氫氣體中包含的一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳，或者使用CO選擇性氧化部分或者CO甲烷化部分以將一氧化碳轉(zhuǎn)換為二氧化碳或者甲烷，由此減小一氧化碳的濃度(JP-A-2002-68707，第(0050)-(0054)段)。
作為減小一氧化碳的濃度的催化劑，公知的催化劑是通過(guò)如下過(guò)程獲得的對(duì)鋁進(jìn)行陽(yáng)極氧化，然后在其上支持鈀(JP-A-2003-119002，第(0023)-(0027)段)。在JP-A-2003-119002，平衡計(jì)算顯示，在280℃的反應(yīng)溫度下，使用這種催化劑的反應(yīng)容器可以使得在包含大約9mol％的量的一氧化碳的氣體中的幾乎所有的一氧化碳甲烷化。
作為減小一氧化碳的濃度的催化劑，還有一種通過(guò)如下過(guò)程獲得的公知催化劑對(duì)鋁進(jìn)行陽(yáng)極氧化以在其上形成氧化鋁層，然后在氧化鋁層上支持釕、鉑和銠中的任何物質(zhì)。在其出口溫度被設(shè)定到150℃或更小時(shí)，使用這種催化劑的反應(yīng)容器以更小的氫氣消耗運(yùn)行，因此可以有效地減小一氧化碳的濃度(JP-A-2003-340280，第(002)-(0017)段)。
然而，為了通過(guò)氧化重整氣體所包含的一氧化碳來(lái)減小一氧化碳的濃度，需要單獨(dú)提供將氧氣供應(yīng)到重整氣體中的單元(例如空氣泵)，造成氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸增加的缺點(diǎn)。
在如JP-A-2003-119002中所公開(kāi)的情況下，即在存在(具有在被陽(yáng)極氧化的鋁上支持的鈀的)催化劑時(shí)在對(duì)一氧化碳甲烷化的過(guò)程中不使用如JP-A-2003-119002中所公開(kāi)的氫氣分離隔膜以減小一氧化碳的濃度的情況下，認(rèn)為，如在JP-A-2003-340280中所指出，氫氣被二氧化碳的甲烷化消耗。
另一方面，在如JP-A-2003-340280中所公開(kāi)的情況下，即在存在著包括有在陽(yáng)極氧化的鋁上支持的釕、鉑和銠中的任何物質(zhì)的催化劑時(shí)對(duì)一氧化碳甲烷化以減小一氧化碳的濃度的情況下，抑制如在JP-A-2003-119002中所示的氫氣的消耗。然而，如在JP-A-2003-340280中所指出，催化劑的活性在200℃或更小時(shí)被認(rèn)為較低。因此，降低了每單元體積消除一氧化碳的反應(yīng)容器的能力。結(jié)果，需要更大的反應(yīng)容器，使得氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸增加。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性的實(shí)施例，CO去除裝置包括利用加速至少一部分的一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體中去除至少一部分一氧化碳的CO去除部分；在CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種所構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含有由氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的；以及將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度的加熱部分。
此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性的實(shí)施例，提供一種制造CO去除裝置的方法，該CO去除裝置包括利用加速至少一部分的一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體中去除至少一部分一氧化碳的CO去除部分；在CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種所構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含有由氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的；以及將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度的加熱部分，該方法包括陽(yáng)極氧化在催化劑部分中的鋁和含鋁的合金之中的一種以形成氧化鋁；以及使用有機(jī)溶劑和釕的有機(jī)鹽使釕浸染氧化鋁以形成催化劑層。
此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性的實(shí)施例，提供一種使用CO去除裝置的CO去除方法，該CO去除裝置包括利用加速至少一部分的一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體中去除至少一部分一氧化碳的CO去除部分；和在CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種所構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含有由氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的，該方法包括將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度。
此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性的實(shí)施例，提供一種氫氣產(chǎn)生裝置，該氫氣產(chǎn)生裝置包括從包含如下物質(zhì)的燃料中獲得含氫氣的重整氣體的重整部分所述物質(zhì)為含碳的有機(jī)化合物、氫氣和水；CO去除部分，該CO去除部分通過(guò)加速至少一部分的一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從重整的氣體中至少去除一部分一氧化碳；在CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含通過(guò)氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的；以及將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度的加熱部分。
此外，根據(jù)本發(fā)明的示例性而非限制性的實(shí)施例，一種燃料電池系統(tǒng)包括從包含如下物質(zhì)的燃料中獲得含氫氣的重整氣體的重整部分所述物質(zhì)為含碳的有機(jī)化合物、氫氣和水；CO去除部分，該CO去除部分通過(guò)加速至少一部分的一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從重整的氣體中至少去除一部分一氧化碳；在CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含通過(guò)氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的；以及將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度的加熱部分；以及從通過(guò)重整反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣(即在重整氣體中的氫氣)和大氣中的氧氣中產(chǎn)生電的燃料電池。


附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例的附圖。
附圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第一實(shí)施例的一部分的分解透視圖。
附圖3所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第一實(shí)施例的一部分的放大剖視圖。
附圖4A和4B所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第一實(shí)施例的催化劑部分的另一實(shí)施例的剖視圖。
附圖5所示為說(shuō)明在附圖4B中所示的實(shí)例的放大剖視圖。
附圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第二示例性實(shí)施例的透視圖。
附圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的第三示例性實(shí)施例的分解透視圖。
附圖8所示為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的實(shí)例的曲線(xiàn)圖。
附圖9所示為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的實(shí)例的曲線(xiàn)圖。
附圖10所示為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的實(shí)例的曲線(xiàn)圖。
附圖11所示為說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的實(shí)例的曲線(xiàn)圖。
具體實(shí)施例方式
下文結(jié)合附圖描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。
(第一實(shí)施例)附圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的CO去除裝置和使用該CO去除裝置的燃料電池系統(tǒng)的第一示例性實(shí)施例。
燃料電池系統(tǒng)包括氫氣產(chǎn)生裝置100和燃料電池6。
氫氣產(chǎn)生裝置100包括燃料供應(yīng)單元1。燃料供應(yīng)單元1具有作為燃料電池系統(tǒng)的燃料含碳和氫的有機(jī)化合物和其中存儲(chǔ)的水的混合物。作為燃料，可以使用二甲醚和水的混合物或者二甲醚、水和醇的混合物。作為這種醇，優(yōu)選使用甲醇、乙醇等。特別是，優(yōu)選使用甲醇，因?yàn)槭褂眉状伎梢允苟酌押退幕ト芏仍鰪?qiáng)。
作為燃料供應(yīng)單元1，例如可以使用可分離地連接到燃料電池系統(tǒng)的壓力容器。通過(guò)利用二甲醚的壓力，燃料可以被供應(yīng)到下文描述的汽化部分2中。
從化學(xué)計(jì)量上講，二甲醚與水的理想的混合比(摩爾比)是1∶3。然而，在實(shí)際的燃料電池系統(tǒng)中，在二甲醚與水的混合比接近于1∶3時(shí)，所產(chǎn)生的一氧化碳的量增加。此外，由于過(guò)多的水可用于下文描述的發(fā)電或者變換反應(yīng)，因此二甲醚與水的混合比優(yōu)選接近于1∶3.5或更大。然而，為了防止用于加熱和汽化在下文描述的汽化部分2中的燃料所要求的能量的上升，二甲醚與水的混合比優(yōu)選是1∶5.0或者更小，理想的是1∶4.0或者更小。
氫氣產(chǎn)生裝置100包括汽化部分2。汽化部分2通過(guò)管道等連接到燃料供應(yīng)單元1。然后加熱并汽化已經(jīng)被供應(yīng)給汽化部分2的燃料。
氫氣產(chǎn)生裝置100包括重整部分3。重整部分3通過(guò)管道等連接到汽化部分2。已經(jīng)被供應(yīng)到重整部分3并汽化的燃料然后在重整部分3中被重整以形成含氫氣的氣體(重整氣體)。在重整部分3里面提供通道，汽化的燃料通過(guò)該通道流動(dòng)。在通道的內(nèi)壁上提供重整催化劑用于加速被汽化的燃料到重整氣體的重整反應(yīng)。
氫氣產(chǎn)生裝置100具有在其中提供的CO變換部分4。CO變換部分4通過(guò)管道等連接到重整部分3。在重整部分3中已經(jīng)形成的并且被供應(yīng)到CO變換部分4的重整氣體包含一氧化碳和二氧化碳作為除了氫氣之外的副產(chǎn)物。一氧化碳使燃料電池的陽(yáng)極催化劑劣化，由此造成燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能劣化。因此，優(yōu)選提供CO變換部分4以在將含氫氣的氣體從重整部分3供應(yīng)給燃料電池6之前進(jìn)行將一氧化碳變換到二氧化碳的反應(yīng)，以便提高氫氣的產(chǎn)量。在CO變換部分4的里面提供重整氣體從其中通過(guò)的通道。在該通道的內(nèi)壁上提供變換催化劑用于加速在重整氣體中包含的一氧化碳的變換反應(yīng)。
在氫氣產(chǎn)生裝置100中提供CO去除部分5(CO去除裝置)。CO去除部分5通過(guò)管道等連接到CO變換部分4。通過(guò)在CO變換部分4中的變換反應(yīng)已經(jīng)形成并且然后供應(yīng)到CO去除部分5的重整氣體(要處理的氣體)仍然包含1.0mol％或更小量的一氧化碳。如前文所述，一氧化碳使燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電性能劣化。為了防止這種麻煩，在將含氫氣的氣體從重整部分3供應(yīng)給燃料電池6之前，CO去除部分5運(yùn)行以使得將一氧化碳轉(zhuǎn)換為甲烷和水的甲烷化反應(yīng)去除一氧化碳，直到一氧化碳的濃度達(dá)到100ppm(以摩爾計(jì))。在CO去除部分5里面提供用于加速重整氣體中所包含的一氧化碳的甲烷化反應(yīng)的催化劑部分22。
燃料電池6通過(guò)管道等連接到CO去除部分5。然后將沒(méi)有一氧化碳的重整氣體輸送給燃料電池6。燃料電池6工作使得重整氣體中的氫氣與使用泵12供應(yīng)的大氣中的氧氣進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)這個(gè)反應(yīng)，燃料電池6發(fā)電，同時(shí)產(chǎn)生水。為了將大氣供應(yīng)給燃料電池6，提供泵12。
氫氣產(chǎn)生裝置100包括其中提供的燃燒部分7(加熱部分)。燃燒部分7通過(guò)管道等連接到燃料電池6。在燃料電池6中，氫氣和氧氣反應(yīng)以產(chǎn)生水。從燃料電池6中排出的廢氣包含未反應(yīng)的氫氣。燃燒部分7工作以使未反應(yīng)的氫氣與使用泵13供應(yīng)的大氣中的氧氣燃燒。
在這個(gè)過(guò)程中，利用在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的燃燒熱量加熱汽化部分2、重整部分3、CO變換部分4和CO去除部分5。為了統(tǒng)一(uniformalize)加熱效率和加熱溫度并保護(hù)具有較低的耐熱性的周?chē)考热珉娮与娐?，汽化部?、重整部分3、CO變換部分4、CO去除部分5和燃燒部分7的周邊被隔熱部分8覆蓋。由于在重整部分3中產(chǎn)生重整反應(yīng)所需的熱量大于在汽化部分2、CO變換部分4和CO去除部分5中所要求的熱量，因此優(yōu)選使重整部分3與燃燒部分7接觸或者與燃燒部分7整體地形成，以使燃燒熱量從燃燒部分7有效地傳遞給重整部分3。
下文將進(jìn)一步詳細(xì)描述CO去除部分5。附圖2描述了CO去除部分5的分解透視圖。CO去除部分5包括容器21、催化劑部分22和封蓋23。
容器21是通過(guò)加工基體(matrix)形成的。為了增強(qiáng)在催化反應(yīng)過(guò)程中熱傳遞特性，至少一部分基體優(yōu)選是具有高導(dǎo)熱性的材料。具體地，鋁、銅、鋁合金或銅合金不僅具有高導(dǎo)熱性，而且還具有良好的可加工性，因此可用于形成容器21。在希望氫氣產(chǎn)生裝置使用更長(zhǎng)的時(shí)間周期的情況下，不銹鋼合金也是優(yōu)選的，因?yàn)樗m然沒(méi)有象鋁合金或銅合金那樣高的導(dǎo)熱性，但具有良好的抗腐蝕性。
容器21具有于其中提供的裝配部分21a，在這個(gè)裝配部分中裝配有催化劑部分22。然后將如下文描述的封蓋23提供在其中安裝了催化劑部分22的容器21中。如果需要，安裝部分21a被形成為使催化劑部分22和容器21或者容器21和封蓋23彼此接合以密封裝配部分21a并形成通道。由此形成的通道的形狀如附圖2所示地平行或蜿蜒。
催化劑部分22是通過(guò)加工基體形成的。催化劑部分22的至少一部分基體可以是鋁或者含鋁的合金。
催化劑部分22包括其中提供的貫穿槽22a。多個(gè)貫穿槽22a提供在催化劑部分22的一側(cè)上以使它們通過(guò)一端到另一端地設(shè)置。貫穿槽22a彼此臨近地提供。為了抑制通過(guò)貫穿槽22a流動(dòng)的重整氣體的溫度的消散，貫穿槽22a的寬度(在彼此相鄰的兩個(gè)貫穿槽22a之間的寬度)優(yōu)選為1毫米或更小。貫穿槽22a優(yōu)選通過(guò)對(duì)催化劑部分22的基體進(jìn)行普通機(jī)加工處理或模制處理形成。
普通機(jī)加工處理的實(shí)例包括使用導(dǎo)線(xiàn)的放電加工(線(xiàn)切割)。線(xiàn)切割涉及根據(jù)所需的形狀以細(xì)金屬線(xiàn)作為工具電極或者待加工對(duì)象的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行放電加工。除了線(xiàn)切割之外，磨粒加工可以使用通過(guò)將由金剛石等制成的粒狀磨料以樹(shù)脂固定到盤(pán)上形成的刀口實(shí)施。根據(jù)磨粒加工，刀口與待加工對(duì)象接觸地運(yùn)動(dòng)，同時(shí)高速旋轉(zhuǎn)以通過(guò)在刀口運(yùn)行的區(qū)域中的磨粒研磨并去除對(duì)象以形成所需的形狀。線(xiàn)切割或者磨粒加工非常適合于在較短的時(shí)間周期內(nèi)貫穿槽比如貫穿槽22a的形成。
普通模制處理的實(shí)例包括鍛造。鍛造是一種如下的加工過(guò)程在壓力下使用工具給棒形或體形金屬材料施加鍛造效應(yīng)以將金屬材料形成為所需的形狀，同時(shí)改善其機(jī)械特性。除了鍛造之外，可以實(shí)施鑄造。根據(jù)鑄造，熔融金屬被注入到具有所需的空心形狀的模具中。在在冷卻之后，取下模具以獲得所需的形狀。鍛造和鑄造非常適合于復(fù)雜的形狀比如催化劑部分22的形成。
附圖4A和4B所示為在本實(shí)施例中的催化劑部分的另一實(shí)施例的剖視圖，以及附圖5所示為在附圖4B中所示的實(shí)例的放大的剖視圖。在本實(shí)施例中，具有共同結(jié)構(gòu)的兩個(gè)催化劑部分22如附圖4A、4B和5所示地組合。
在貫穿槽22a的壁上提供催化劑層33。下文將進(jìn)一步描述催化劑層33。
在其中裝配催化劑部分22的容器21上提供封蓋23。提供封蓋23以密封裝配部分21a。作為封蓋23，可以使用片狀部件，該片狀部件的至少一部分由具有高導(dǎo)熱性的材料制成。具有高導(dǎo)熱性的材料的實(shí)例包括鋁、銅、鋁合金和銅合金。在希望通道結(jié)構(gòu)使用更長(zhǎng)的時(shí)間周期的情況下，也可以使用不銹鋼，因?yàn)樗m然沒(méi)有象鋁合金或銅合金那樣高的導(dǎo)熱性，但具有良好的耐腐蝕性。
封蓋23被提供在容器21上以覆蓋除了下文描述的進(jìn)入口21b和排出口21c之外的容器21的開(kāi)口。在容器21上提供的封蓋23密封裝配部分21a以形成具有作為入口的進(jìn)入口21b和作為出口的出口部分21c的通道。略微詳細(xì)地講，在裝配部分21a被封蓋23密封時(shí)，通道被形成為使得已經(jīng)通過(guò)進(jìn)入口21b供應(yīng)的流體通過(guò)貫穿槽22a直到它通過(guò)排出部分21c排出。
容器21包括被連接到裝配部分21a的進(jìn)入口21b和排出部分21c。通過(guò)以封蓋23密封其中已經(jīng)安裝了催化劑部分22的安裝部分21a，形成了具有與作為入口的進(jìn)入口21b和作為出口的排出部分21c的平行通道的CO去除部分5。
在CO去除部分5里面提供前文所提及的平行通道或者蜿蜒狀的通道。在通道的內(nèi)壁上提供催化劑層33。
除了氫氣之外，已經(jīng)通過(guò)在重整部分3中的重整反應(yīng)、在CO部分中的變換反應(yīng)并且然后被傳遞到CO去除部分5的重整氣體還包含二氧化碳和一氧化碳作為副產(chǎn)物。如前文所述，一氧化碳使燃料電池的陽(yáng)極催化劑劣化，造成燃料電池的發(fā)電性能降低。為了防止這種麻煩，CO去除部分5工作以在將含氫氣的氣體從重整部分3供應(yīng)進(jìn)燃料電池6之前在CO去除部分5中進(jìn)行如下式(1)所示的一氧化碳的甲烷化以去除一氧化碳，直到一氧化碳的濃度達(dá)到100ppm(以摩爾為單位)或更小。
……(1)催化劑層33將在下文中描述。附圖3描述了催化劑層33的放大的剖視圖。催化劑層33至少具有釕32和在氧化鋁層31表面上支持的可選擇的其它的添加劑。氧化鋁層31可以通過(guò)陽(yáng)極氧化所述催化劑部分22的鋁部分表面而形成。
氧化鋁層31將在下文進(jìn)一步描述。在通過(guò)酸性水溶液或堿性水溶液陽(yáng)極氧化催化劑部分22時(shí)，氧化鋁層31被形成在催化劑部分32的鋁部分表面上。此后，如果需要，以酸性水溶液處理氧化鋁層31以加寬在其上形成的微孔，然后對(duì)它進(jìn)行氫化。然后，可選擇地，在350℃或更高(優(yōu)選從450℃至550℃)的溫度下煅燒催化劑部分22持續(xù)1小時(shí)或更長(zhǎng)的時(shí)間。在如此煅燒時(shí)，氧化鋁層31成為γ-氧化鋁(γ-Al2O3)。
氧化鋁層31的厚度優(yōu)選從不小于30微米到不大于100微米。這是因?yàn)樵谘趸X層31的厚度在30微米之下或者超過(guò)100微米時(shí)，降低了催化劑最終的百分比利用率。氧化鋁層31具有在其表面上存在的大量微孔。陽(yáng)極氧化和隨后通過(guò)酸性水溶液進(jìn)行的處理優(yōu)選在如下的條件下實(shí)施微孔的平均直徑從不小于5納米到不大于10納米。在微孔的平均直徑落在上文界定的范圍內(nèi)時(shí)，通過(guò)反應(yīng)式(1)表示的反應(yīng)相對(duì)于通過(guò)下式(2)表示的二氧化碳甲烷化反應(yīng)的選擇性得到了增強(qiáng)。
……(2)釕(Ru)32將在下文進(jìn)一步描述。如前文所述，氧化鋁層31具有在其表面中存在的大量的微孔。然后對(duì)具有微孔的氧化鋁層31進(jìn)行普通的處理步驟比如浸染法和沖洗涂敷法以使釕32被支持在其上。
在公知的催化劑支持方法中，浸染法將在下文通過(guò)舉例的方式描述。通過(guò)使用釕的有機(jī)鹽比如乙酰丙酮釕(Ru(C5H7O2)3)和有機(jī)溶劑比如丙酮(CH3COCH3)、乙酰丙酮(CH3COCH2COCH3)和四氫呋喃((CH2)3CH2O)，使用釕32浸染氧化鋁層31?？商鎿Q的是，氯化釕的水溶液可用于使用釕32浸染氧化鋁層31。然而，由于氯化釕(RuCl3·nH2O)具有較高的酸性，因此在氧化鋁層31下的鋁部分和氯化釕彼此反應(yīng)，有時(shí)會(huì)造成氧化鋁層31的脫落。因此，考慮到產(chǎn)量或處理裕度，優(yōu)選使用有機(jī)溶劑和釕的有機(jī)鹽使釕32浸染氧化鋁層31。
下文描述在CO去除部分5中去除CO的條件。如前文所述，在CO去除部分5中已經(jīng)被去除了一氧化碳的重整氣體中的一氧化碳的濃度優(yōu)選為1.0mol％或更小。略微詳細(xì)地講，為了抑制在重整反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生一氧化碳或者加速在重整反應(yīng)過(guò)程中所產(chǎn)生的一氧化碳的變換反應(yīng)，可以給在重整部分3中提供的重整催化劑中添加添加劑。作為給重整催化劑添加添加劑的替代或者在給重整催化劑添加添加劑的同時(shí)，可以如前文所述地提供CO變換部分4。
通過(guò)燃燒部分7加熱CO去除部分5以使催化劑部分22的溫度達(dá)到250℃或更高。在這個(gè)過(guò)程中，催化劑部分22的溫度可以通過(guò)在CO去除部分5里面提供的溫度傳感器測(cè)量。然而，如前文所述，由于在催化劑部分22中提供的貫穿槽22a的寬度小到1毫米或者更小，因此有時(shí)難以在CO去除部分5里面提供溫度傳感器。在這種情況下，催化劑部分22的溫度通過(guò)在CO去除部分5的外壁上提供的溫度傳感器間接地測(cè)量。
隨后，下文進(jìn)一步描述燃料電池6。燃料電池6包括由具有陽(yáng)離子交換基團(tuán)比如磺酸基團(tuán)和羧酸基團(tuán)的碳氟聚合物(例如Nafion(DuPont的產(chǎn)品的商品名))制成的質(zhì)子導(dǎo)電的電解質(zhì)膜11，這種電介質(zhì)膜11被插入在由在憎水樹(shù)脂粘合劑比如聚四氟乙烯(PTFE)上保持的炭粉支持的Pt的多孔片制成的燃料電極(陽(yáng)極)9和在由在憎水樹(shù)脂粘合劑比如聚四氟乙烯(PTFE)上保持的炭粉支持的Pt的多孔片制成的氧化劑電極(陰極)10之間。這種多孔片可以包含被這種聚合物覆蓋的基于磺酸的全氟碳聚合物或顆粒。
已經(jīng)被提供(供應(yīng))到燃料電極9的氫氣在燃料電極9上進(jìn)行如下的反應(yīng)。
…(3)另一方面，已經(jīng)供應(yīng)到氧化劑電極10的氧氣在氧化劑電極10上進(jìn)行如下的反應(yīng)。
…(4)下文進(jìn)一步描述燃燒部分7。在燃燒部分7里面設(shè)有在發(fā)電中使用的燃料流經(jīng)其中的蜿蜒形或平行的通道。在該通道的內(nèi)壁上提供燃燒催化劑比如具有在其上支持的貴金屬比如Pt和Pd(可選擇地，兩者的組合)的氧化鋁。使用這種貴金屬的原因是在不使用用于防止催化劑的氧化或劣化的任何附加設(shè)施的情況下，防止在燃料電池的工作暫停的過(guò)程中燃燒催化劑的氧化或劣化。
根據(jù)由此制備的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)，在重整氣體中包含的一氧化碳的濃度可以通過(guò)小尺寸的CO去除部分5充分地減小。詳細(xì)地說(shuō)，可以減小氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸，而不使燃料電極9的催化劑劣化，因此不會(huì)造成發(fā)電性能劣化。
此外，相對(duì)于在CO去除部分5中二氧化碳的甲烷化反應(yīng)，一氧化碳的甲烷化反應(yīng)的選擇性較高。因此，可以減少在CO去除部分5中去除一氧化碳的過(guò)程中由二氧化碳的甲烷化消耗的氫氣量。換句話(huà)說(shuō)，可以提高整個(gè)氫氣產(chǎn)生裝置的氫氣產(chǎn)生效率，由此提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率。
此外，由于CO去除部分5使用甲烷化反應(yīng)去除一氧化碳，因此不需要將氧氣供應(yīng)給CO去除部分5。因此，CO去除部分5不需要在其中具有用于供應(yīng)氧氣的單元比如泵。因此，可以減小氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸。
在使用含二甲醚的燃料的情況下，即使在以未重整的二甲醚或二甲醚的重整反應(yīng)產(chǎn)生的除了一氧化碳和二氧化碳之外的副產(chǎn)物被供應(yīng)到CO去除部分時(shí)，具有由陽(yáng)極氧化所形成的氧化鋁支持的釕的催化劑層33對(duì)這些副產(chǎn)物具有較高的抵抗性，使得可以在延長(zhǎng)的時(shí)間周期上穩(wěn)定地去除一氧化碳。
雖然上文的描述參考這樣的情況其中重整部分3中具有被提供的用于加速汽態(tài)燃料到重整氣體的重整反應(yīng)的重整催化劑，但是也可以提供重整催化劑和CO變換催化劑的混合物。提供重整催化劑和CO變換催化劑的混合物使得可以消除基于碳的一氧化碳的產(chǎn)量升高的現(xiàn)象。
(第二實(shí)施例)附圖6所示為根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的第二實(shí)施例。如果某些部件與在附圖1中所示的第一實(shí)施例的那些部件相同，則使用相同的參考標(biāo)號(hào)。并且不再描述這些部件。
附圖6所示為CO去除部分5b的內(nèi)部的透視圖。其它的結(jié)構(gòu)也與第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)相同。除了燃燒部分7之外，CO去除部分5b還包括在其中提供的加熱器41(加熱部分)。加熱器41可以具有在絕緣材料上纏繞的高電阻率的金屬的筒式加熱器。如果加熱器41是筒式加熱器，則加熱器41接收外部能量例如電功率。例如從燃料電池6供應(yīng)到加熱器41的電功率。在從外部供應(yīng)能量時(shí)，加熱器41產(chǎn)生加熱CO去除部分5的熱量。
在容器21的里面提供多個(gè)板狀催化劑部分42(即板狀反應(yīng)器)。催化劑部分42的至少一部分基體由鋁或含鋁的合金制成。催化劑部分42在容器21中彼此分開(kāi)地設(shè)置。催化劑部分42優(yōu)選彼此平行，在彼此相鄰的兩個(gè)催化劑部分之間的間隔優(yōu)選是1毫米或更小。在這種結(jié)構(gòu)設(shè)置中，從CO變換部分4供應(yīng)的重整氣體流經(jīng)在容器21或封蓋23和催化劑部分42之間的間隙或者在并排的催化劑部分42之間的間隙，直到它排出到燃料電池6。
催化劑部分42包括在其表面上(優(yōu)選在其兩個(gè)表面上)提供的催化劑層33。催化劑層33與第一實(shí)施例的催化劑層相同，因此在附圖6中不再進(jìn)一步描述和示出。
根據(jù)由此制備的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)小尺寸的CO去除部分5b可以充分地降低在重整氣體中包含的一氧化碳的濃度。詳細(xì)地說(shuō)，可以減小氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸，但不劣化燃料電極9的催化劑，由此不劣化發(fā)電性能。
此外，相對(duì)于在CO去除部分5b中二氧化碳的甲烷化反應(yīng)，一氧化碳的甲烷化反應(yīng)的選擇性較高。因此，可以減少在CO去除部分5b中去除一氧化碳的過(guò)程中由二氧化碳的甲烷化消耗的氫氣量。換句話(huà)說(shuō)，可以提高整個(gè)氫氣產(chǎn)生裝置的氫氣產(chǎn)生效率，由此提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率。
此外，由于CO去除部分5b使用甲烷化反應(yīng)去除一氧化碳，因此不需要將氧氣供應(yīng)給CO去除部分5b。因此，CO去除部分5b中不需要提供用于供應(yīng)氧氣的單元比如泵。因此，可以減小氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸。
在使用含二甲醚的燃料的情況下，即使在以未重整的二甲醚或二甲醚的重整反應(yīng)產(chǎn)生的除了一氧化碳和二氧化碳之外的副產(chǎn)物被輸送到CO去除部分時(shí)，具有由陽(yáng)極氧化所形成的氧化鋁支持的釕的催化劑層33對(duì)這些副產(chǎn)物具有較高的抵抗性，使得可以在延長(zhǎng)的時(shí)間周期上穩(wěn)定地去除一氧化碳。
此外，可以反饋式地控制所提供的加熱器41。因此，可以更加精確地控制CO去除部分5b的溫度，使得可以進(jìn)一步減小一氧化碳的濃度。
此外，由于催化劑部分42是片狀的，因此可以通過(guò)少量的加工步驟制造催化劑部分42，這使得可以降低氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的制造成本。此外，片狀的催化劑部分42容易與在其上提供其它的催化劑的片狀部件相組合。例如，即使在重整氣體包含對(duì)催化劑部分42具有不利影響的物質(zhì)時(shí)，在CO去除部分5b中可以提供片狀部件，該片狀部件上提供有用于加速有害物質(zhì)到其它無(wú)害物質(zhì)轉(zhuǎn)換的催化劑。
雖然上文的描述參考這樣的情況其中重整部分3中具有被提供的用于加速汽態(tài)燃料到重整氣體的重整反應(yīng)的重整催化劑，但是也可以提供重整催化劑和CO變換催化劑的混合物。提供重整催化劑和CO變換催化劑的混合物使得可以消除基于碳的一氧化碳的產(chǎn)量升高的現(xiàn)象。
(第三實(shí)施例)附圖7所示為根據(jù)本發(fā)明的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的第三實(shí)施例。如果某些部件與在附圖1中所示的第一實(shí)施例的那些部件相同，則使用相同的參考標(biāo)號(hào)。并不再描述這些部件。
附圖7所示為CO去除部分5的分解透視圖。CO去除部分5包括在其中提供的催化劑部分24，替代根據(jù)第一實(shí)施例的催化劑部分22。催化劑部分24具有在帶有大量孔隙的鋁或含鋁合金的表面上或者在鋁或鋁合金的孔隙的表面上提供的催化劑層33?？紫兜目變?yōu)選是1毫米或者更小。作為鋁或者含鋁的合金，可以使用多孔的鋁材、鋁起泡材料或蜂窩狀鋁材料。催化劑層33與第一實(shí)施例的催化劑層相同，因此在附圖7中不再進(jìn)一步描述和示出。
催化劑部分24由球形、柱狀、片狀或無(wú)定形(不確定形式)鋁或含鋁的合金材料制成。附圖7以實(shí)例方式描述了矩形催化劑部分24。催化劑部分24提供在裝配部分21a中。已經(jīng)被供應(yīng)到CO去除部分5中的重整氣體流經(jīng)在裝配部分21a中提供的催化劑部分24中的孔隙。
根據(jù)由此制備的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)，通過(guò)小尺寸的CO去除部分5可以充分地降低在重整氣體中包含的一氧化碳的濃度。詳細(xì)地說(shuō)，可以減小氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸，但不劣化燃料電極9的催化劑，由此不劣化發(fā)電性能。
此外，相對(duì)于在CO去除部分5中二氧化碳的甲烷化反應(yīng)，一氧化碳的甲烷化反應(yīng)的選擇性較高。因此，可以減少在CO去除部分5中去除一氧化碳的過(guò)程中由二氧化碳的甲烷化消耗的氫氣量。換句話(huà)說(shuō)，可以提高整個(gè)氫氣產(chǎn)生裝置的氫氣產(chǎn)生效率，由此提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率。
此外，由于CO去除部分5使用甲烷化反應(yīng)去除一氧化碳，因此不需要將氧氣供應(yīng)給CO去除部分5。因此，CO去除部分5中不需要提供用于供應(yīng)氧氣的單元比如泵。因此，可以減小氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的尺寸。
在使用含二甲醚的燃料的情況下，即使當(dāng)以未重整二甲醚或二甲醚的重整反應(yīng)產(chǎn)生的除了一氧化碳和二氧化碳之外的副產(chǎn)物被輸送到CO去除部分時(shí)，具有由陽(yáng)極氧化所形成的氧化鋁支持的釕的催化劑層33對(duì)這些副產(chǎn)物具有較高的抵抗性，使得可以在延長(zhǎng)的時(shí)間周期上穩(wěn)定地去除一氧化碳。
此外，由于催化劑部分24具有孔隙，因此可以通過(guò)少量的加工步驟制造催化劑部分42，這使得可以降低氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)的生產(chǎn)成本。此外，催化劑部分24容易與在其上提供其它的催化劑的多孔部件組合。例如，即使在重整氣體包含對(duì)催化劑部分24具有不利影響的物質(zhì)時(shí)，在CO去除部分5中可以提供這樣的部件，該部件上提供有用于加速有害物質(zhì)到其它無(wú)害物質(zhì)轉(zhuǎn)換的催化劑。
雖然上文的描述參考這樣的情況其中重整部分3中提供有用于加速汽態(tài)燃料到重整氣體的重整反應(yīng)的重整催化劑，但是也可以提供重整催化劑和CO變換催化劑的混合物。重整催化劑和CO變換催化劑的混合物的提供使得可以消除基于碳的一氧化碳的產(chǎn)量升高的現(xiàn)象。
不應(yīng)該理解為上文詳細(xì)描述的實(shí)施例的說(shuō)明和附圖將限制本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員通過(guò)本發(fā)明公開(kāi)可以設(shè)計(jì)各種替代實(shí)施例、實(shí)例和操作技術(shù)。根據(jù)上文詳細(xì)描述的各種實(shí)施例的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)可用于具有各種不同用途的氫氣和電能的生產(chǎn)。例如，汽化部分2、CO變換部分4和CO去除部分5可以整體地形成。在這種結(jié)構(gòu)設(shè)置中，在汽化部分2和CO變換部分4之間、在汽化部分2和CO去除部分5之間和在CO變換部分4和CO去除部分5之間的熱阻可以被降低以減少在燃燒部分7中燃燒的氫氣量。詳細(xì)地說(shuō)，可以提高整個(gè)氫氣產(chǎn)生裝置的氫氣產(chǎn)生效率以提高燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電效率。
下文解釋本發(fā)明的實(shí)例，但本發(fā)明并不限于這些實(shí)例，除非超出本發(fā)明的范圍。
實(shí)例1
使用如附圖2中所示的CO去除部分5，去除在氫氣產(chǎn)生裝置中的重整氣體中包含的一氧化碳。容器21、催化劑部分22和封蓋23每個(gè)都由鋁制成。γ-氧化鋁層形成在催化劑部分22的表面上達(dá)50微米的厚度。然后釕被支持在γ-氧化鋁層上。釕源是乙酰丙酮化物(Ru(C5H7O2)3)。催化劑部分22浸在乙酰丙酮化物的飽和丙酮溶液中24小時(shí)以使該溶液浸染催化劑部分，在120℃下干燥，然后在500℃下煅燒以形成催化劑層33。
含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的重整氣體被供應(yīng)給CO去除部分5以去除一氧化碳。CO去除部分5的外壁的溫度被控制到225℃、250℃、275℃和300℃。然后對(duì)在各種溫度下不含一氧化碳的每種重整氣體進(jìn)行氣相色譜分析。
包括64.0％的H2、20.0％的CO2、1.0％的CO、5.0％的CH4和10.0％的N2的重整氣體未固有地包含在重整氣體中。然而，為了便于重整氣體的氣相色譜分析，N2被用作內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。結(jié)果在附圖8和9中示出。
作為相關(guān)技術(shù)的氫氣產(chǎn)生裝置的比較實(shí)例，類(lèi)似地考察下面的三個(gè)氫氣產(chǎn)生裝置。
(比較實(shí)例1)使用可商業(yè)購(gòu)買(mǎi)的釕/γ-氧化鋁催化劑替代在實(shí)例1中所示的催化劑部分22。這種催化劑是粒狀的。這種粒狀的催化劑被支持在具有與通過(guò)沖洗涂敷法產(chǎn)生的催化劑部分22相同形狀的鋁材料中的貫穿槽上。
(比較實(shí)例2)使用可商業(yè)購(gòu)買(mǎi)的釕/γ-氧化鋁催化劑替代在實(shí)例1中所示的催化劑部分22。這種催化劑的類(lèi)型與比較實(shí)例1的類(lèi)型相同，但它是一種與比較實(shí)例1的產(chǎn)品不同的產(chǎn)品。這種催化劑是粒狀的。這種粒狀的催化劑被支持在具有與通過(guò)沖洗涂敷法產(chǎn)生的催化劑部分22相同形狀的鋁材料中的貫穿槽上。
(比較實(shí)例3)
使用可商業(yè)購(gòu)買(mǎi)的釕/沸石催化劑替代實(shí)例3的催化劑部分24。這種催化劑是粒狀的。這種催化劑被裝入在裝配部分21a中。
如附圖8所示，比較實(shí)例1至3的所有氫氣產(chǎn)生裝置顯示了在250℃或更高的溫度下通過(guò)二氧化碳的甲烷化所消耗的氫氣量增加。另一方面，證實(shí)了實(shí)例1的氫氣產(chǎn)生裝置在250℃或更高的溫度下通過(guò)二氧化碳的甲烷化所消耗的氫氣量的增加比比較實(shí)例1至3的增加小得多。
此外，如附圖9所示，比較實(shí)例3的氫氣產(chǎn)生裝置可以去除一氧化碳直到在重整氣體中包含的一氧化碳的濃度在高達(dá)250℃下達(dá)到100ppm(以摩爾計(jì))或更小，但在重整氣體中包含的一氧化碳的濃度在275℃大于100ppm(以摩爾計(jì))。比較實(shí)例1和2的氫氣產(chǎn)生裝置在所有這些溫度下都不能將在重整氣體中的一氧化碳去除到100ppm(以摩爾計(jì))或更小。另一方面，證實(shí)了實(shí)例3的氫氣產(chǎn)生裝置在250℃或更高的溫度下可以將重整氣體中的一氧化碳去除到100ppm(以摩爾計(jì))或更小。
實(shí)例1的氫氣產(chǎn)生裝置在一定的條件下連續(xù)地運(yùn)行以重整乙醚以便以大約250cc/min的速率產(chǎn)生氫氣，這種速率對(duì)應(yīng)于20W的電能輸出。在通過(guò)CO去除部分5去除CO之后一氧化碳的濃度變化在附圖10中示出。在這個(gè)過(guò)程中，二甲醚與水的摩爾比是1∶4。
如附圖10所示，比較實(shí)例3的氫氣產(chǎn)生裝置顯示隨著運(yùn)行時(shí)間的經(jīng)過(guò)在重整氣體中所包含的一氧化碳的濃度的增加。另一方面，證實(shí)了實(shí)例1的氫氣產(chǎn)生裝置可以穩(wěn)定地去除一氧化碳，直到在重整氣體中包含的一氧化碳的濃度達(dá)到100ppm(以摩爾計(jì))或更小。
實(shí)例2使用附圖2中所示的CO去除部分5從氫氣產(chǎn)生裝置中的重整氣體中以與實(shí)例1中相同的方式去除一氧化碳。容器21、催化劑部分22和封蓋23每個(gè)都由鋁制成。γ-氧化鋁層形成在催化劑部分22的表面上。然后釕被支持在γ-氧化鋁層上。
含氫氣、一氧化碳和二氧化碳的重整氣體被供應(yīng)到CO去除部分5中以去除一氧化碳。CO去除部分5的外壁的溫度被控制到225℃、250℃、275℃和300℃。然后對(duì)在各種溫度下都不含一氧化碳的每種重整氣體進(jìn)行氣相色譜分析。
重整氣體包括65.0％的H2+CO、20.0％的CO2、5.0％的CH4和10.0％的N2。H2與CO的組分比率如下地變化。H2＝62.0％/CO＝3.0％，H2＝64.0％/CO＝1.0％，H2＝64.5％/CO＝0.5％，H2＝65.0％/CO＝0％。供應(yīng)這些重整的氣體。然后對(duì)沒(méi)有(不含)一氧化碳的這些重整氣體進(jìn)行氣相色譜分析。N2未被固有地包含在重整氣體中。然而，為了便于重整氣體的氣相色譜分析，N2被用作內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。結(jié)果在附圖11中示出。
如附圖11所示，具有1.0％或更小的一氧化碳濃度的重整氣體已經(jīng)供應(yīng)到其中的所有氫氣產(chǎn)生裝置在250℃或更高的溫度下都能夠去除一氧化碳直到100ppm或更小的濃度。另一方面，具有2.0％或3.0％的一氧化碳濃度的重整氣體已經(jīng)供應(yīng)到其中的氫氣產(chǎn)生裝置在300℃下能夠去除一氧化碳直到大約100ppm的濃度，但在250℃下可達(dá)大約100ppm的低濃度。
權(quán)利要求
1.一種CO去除裝置，包括CO去除部分，該CO去除部分通過(guò)加速至少一部分一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體中去除所述至少一部分一氧化碳；所述CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含有由氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的；以及將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度的加熱部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，其中催化劑部分具有多個(gè)貫穿槽，在彼此相鄰的兩個(gè)貫穿槽之間的寬度是1毫米或更小，所述催化劑層被提供在所述貫穿槽的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，其中催化劑層是包含由具有5至10納米的平均孔徑的γ-氧化鋁支持的釕的催化劑層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，其中在所述CO去除部分中去除所述至少一部分一氧化碳之前所述氣體中一氧化碳的濃度為1.0mol％或更小。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，其中所述CO去除裝置包括彼此平行的多個(gè)板狀催化劑部分，在彼此相鄰的兩個(gè)催化劑部分之間的間隔是1毫米或更小。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，其中所述催化劑部分包括鋁和含鋁的合金之中的一種，鋁和該合金具有大量的孔隙。
7.一種制造CO去除裝置的方法，該CO去除裝置包括CO去除部分，該CO去除部分通過(guò)加速至少一部分一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體中去除所述至少一部分一氧化碳；所述CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含有由氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的；以及將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度的加熱部分，該方法包括對(duì)所述催化劑部分中的鋁和含鋁的合金之中的一種進(jìn)行陽(yáng)極氧化以形成氧化鋁；以及使用有機(jī)溶劑和釕的有機(jī)鹽使釕浸染氧化鋁以形成所述催化劑層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造CO去除裝置的方法，其中有機(jī)鹽是乙酰丙酮釕。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造CO去除裝置的方法，其中有機(jī)溶劑是丙酮、乙酰丙酮和四氫呋喃中的至少一種。
10.一種使用CO去除裝置去除CO的方法，該CO去除裝置包括CO去除部分，該CO去除部分通過(guò)加速至少一部分一氧化碳的甲烷化反應(yīng)從含一氧化碳、二氧化碳和氫氣的氣體中去除所述至少一部分一氧化碳；和所述CO去除部分中的催化劑部分，該催化劑部分具有由鋁和含鋁的合金之中的一種構(gòu)成的表面，該催化劑部分包括含有由氧化鋁支持的釕的催化劑層，該氧化鋁是通過(guò)該表面的至少一部分的陽(yáng)極氧化而產(chǎn)生的，該方法包括將所述催化劑部分加熱到250℃或更高的溫度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的去除CO的方法，其中在所述CO去除部分中去除所述至少一部分一氧化碳之前所述氣體中一氧化碳的濃度為1.0mol％或更小。
12.一種氫氣產(chǎn)生裝置，包括從包含如下物質(zhì)的燃料中獲得含氫氣的重整氣體的重整部分，所述物質(zhì)為含碳的有機(jī)化合物、氫氣和水；和根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，該CO去除裝置從所述重整氣體中去除一氧化碳。
13.一種燃料電池系統(tǒng)，包括從包含如下物質(zhì)的燃料中獲得含氫氣的重整氣體的重整部分，所述物質(zhì)為含碳的有機(jī)化合物、氫氣和水；根據(jù)權(quán)利要求1所述的CO去除裝置，該CO去除裝置從所述重整氣體中去除一氧化碳；和用所述重整氣體中的氫氣和大氣中的氧氣發(fā)電的燃料電池。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其中有機(jī)化合物包括二甲醚。
全文摘要
本發(fā)明提供一種尺寸減小了的氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)。該氫氣產(chǎn)生裝置和燃料電池系統(tǒng)每個(gè)都具有CO去除部分。通過(guò)鋁形成的催化劑部分被提供在CO去除部分的表面上以加速包含在重整氣體中的一部分一氧化碳的甲烷化反應(yīng)。催化劑部分包括的催化劑層具有在通過(guò)其表面陽(yáng)極氧化所形成的γ－氧化鋁上支持的釕。實(shí)施加熱以使催化劑部分的溫度達(dá)到250℃或更高。
文檔編號(hào)H01M8/00GK1835267SQ20061005969
公開(kāi)日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月17日
發(fā)明者五十崎義之, 手塚史展, 羽中田佳男, 北村英夫, 佐藤裕輔 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝